Analisa Sistem Proteksi Dan Arc- Flash Pada Sistem Kelistrikan Ladang Minyak ConocoPhillips Indonesia Inc. Ltd

Transkripsi

1 Analisa Sistem Proteksi Dan Arc- Flash Pada Sistem Kelistrikan Ladang Minyak ConocoPhillips Indonesia Inc. Ltd Oleh: Firmansyah Rizal Dosen Pembimbing: Dr. Ir. Margo Pujiantara I Gusti Ngurah Satriyadi Hernanda, ST., MT.

2 DAFTAR ISI

3 LATAR BELAKANG O Sistem Electric Submersible Pump (ESP) memiliki kabel daya yang cukup panjang sehingga arus hubung singkat bagian dasar sumur dan permukaan memiliki beda yang cukup besar. O Sistem pengaman ESP harus mampu mengamankan hubung singkat dibagian dasar sumur maupun dipermukaan. O Setting peralatan harus mampu mengamankan pekerja dari bahaya arc flash. O Incident energi arc flash digunakan untuk menentukan Personal Protective Equipment (PPE).

4 TUJUAN O Memodelkan, mensimulasikan dan mengevaluasi unjuk kerja sistem plant Belida pada perusahaan ConocoPhillips Indonesia. O Menentukan setting peralatan yang tepat untuk koordinasi proteksi sistem kelistrikan dan digunakan sebagai rekomendasi. O Menentukan nilai bahaya arc flash pada sistem kelistrikan dan digunakan sebagai rekomendasi.

5 DAFTAR ISI

6 Electric Submersible Pump (ESP) Electric Submersible Pump adalah pompa yang digunakan untuk mengalirkan minyak dari perut bumi ke permukaan dengan cara artificial lift (pengangkatan buatan). Arindya, R, Penggunaan Electric Submersible Pump (ESP) pada sumur minyak bumi, Buku Pintar Migas Indonesia.

7 Gangguan Pada Sistem Tenaga Listrik Gangguan dalam sistem tenaga listrik adalah keadaan tidak normal dimana keadaan ini dapat mengakibatkan terganggunya kontinuitas pelayanan tenaga listrik[2]. Gangguan gangguan yang mungkin terjadi pada sistem tenaga listrik adalah [2]: Tegangan Lebih Hubung Singkat Beban Lebih [2] SPLN 52-3 : 1983, Pola Pengaman Sistem Bagian Tiga, Sistem Distribusi 6 kv dan 20 kv, Perusahaan UmumListrik Negara, Jakarta, Pasal 4, 1983

8 Peralatan Pengaman Sebuah pengaman memiliki tiga fungsi utama, yaitu menjaga kontinuitas sistem, meminimalkan kerusakan dan biaya perbaikan saat terjadi gangguan dan memastikan keselamatan pengguna[3]. Untuk memenuhi fungsi diatas, pengaman harus memiliki kualitas sebagai berikut [3] : Selektifitas Stabilitas Sensitifitas Cepat [3] Hewitson, L.G. Brown, Mark. Balakrisnan, Ramesh., Practical Power System Protection Elsevier, 2004

9 Bahaya Arc flash Bahaya arc flash adalah adalah kondisi bahaya yang berhubungan dengan lepasnya energy akibat electric arc[4]. Bahaya yang dihasilkan oleh arc flash adalah kehilangan pendengaran, patah tulang, luka bakar, kematian, gagar otak, kebutaan sementara, luka bakar jaringan paru-paru. [4] IEEE Std , IEEE Guide for Performing Arc-Flash Hazard Calculations, The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., New York, 2002

10 DAFTAR ISI STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS INDONESIA

11 METODOLOGI START Pengumpulan Data dan Literatur Pemodelan Single Line Diagram Sistem Simulasi dan Analisis Loadflow Simulasi dan Analisis Hubung Singkat Simulasi dan Analisa Koordinasi Sistem Proteksi Sistem Koordinasi Aman? Ya Resetting/Add Protection Tidak Simulasi Arc Flah Bahaya Arc Flash Aman? Ya Tidak Pembuatan Laporan STOP

12 SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS INDONESIA PADA PLANT BELIDA Sistem kelistrikan plant Belida memiliki tiga level tegangan yaitu 4.16 kv, 0.48 kv dan kv dengan frekuensi sistem 60Hz. Sistem Pembangkitan Total supply utama sebesar 7MW yang terbagi menjadi dua generator dengan masing-masing generator sebesar 3.5MW. Sistem Distribusi Distribusi daya pada plant Belida didukung oleh 17 bus dan 16 trasformator untuk menyalurkan daya ke beban. Data Beban Beban mayoritas pada plant Belida adalah motor induksi yang kebanyakan terdapat pada tegangan 0.48kV. Data Kelistrikan WHPB Sistem kelistrikan WHPB adalah bagian dari sistem kelistrikan plant Belida yang didalamnya terdapat sistem ESP.

13 TIPIKAL SISTEM KELISTRIKAN ID WHPB 1 2 3

14 DAFTAR ISI STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS INDONESIA SIMULASI DAN ANALISA

15 ANALISA HUBUNG SINGKAT (short circuit) BUS Isc MAX 1/2 CYCLE Isc MIN 30 CYCLE ID kv A A WHPB-UP WHPB-DOWN MCC-WHPB VSP-DOWNHOLE AC-DOWNHOLE JWP-DOWNHOLE Arus hubung singkat yang diperlukan adalah arus hubung singkat minimum dan arus hubung singkat maksimum.

16 PENGAMAN SISTEM ELECTRIC SUBMERSIBLE PUMP (ESP) Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3 Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3

17 Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3

18 Plot Kurva Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal sec LVCB Tidak sesuai Datasheet produk Rele dan Fuse tidak sesuai Fungsi sec

19 PENGAMAN SISTEM ELECTRIC SUBMERSIBLE PUMP (ESP) Setting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3 Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3 Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3

20 Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3 Setting LVCB Setting LVCB dapat dilihat dari datasheet produk Cutler- Hummer/HMCP-F dengan arus beban penuh Amp maka didapatkan data dari datasheet sebagai berikut: Cont Amp : 150 Cam Setting : H FLA motor : Amp MCP Trip Setting : 1500 Setting Fuse WHPB-FUSE I FL Trafo WHPB-T sekunder = Amp V Trafo WHPB-T sekunder = 480 Volt I FL Trafo WHPB-T primer = Amp V Trafo WHPB-T primer = 4160 Volt Dari datasheet fuse Gould Shawmut (Ferraz)/CL-14 tipe E, fuse memiliki tipikal arus nominal 133% dari arus yang tertera. Dari data tersebut dipilih size 65E karena dapat melindungi damage curve trafo dan dapat memutuskan arus gangguan paling cepat tanpa menyentuh kurva inrush trafo. I settingfusetrafo Amp

21 Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal 3

22 Plot Kurva Resetting Koordinasi Eksisting Pengaman Tipikal sec sec

23 PENGARUH PANJANG KABEL PADA SISTEM PENGAMAN Panjang kabel daya pada sistem ESP berkisar sampai seribu meter dan memiliki impedansi cukup besar. Jika terjadi hubung singkat pada daerah downhole arus yang dirasakan daerah permukaan jauh lebih kecil dari arus daerah downhole ka 78.70% 1.38 ka

24 PENGARUH PANJANG KABEL PADA SISTEM PENGAMAN sec KOORDINASI SALAH

25 REKOMENDASI PENAMBAHAN PENGAMAN Penambahan Pengaman Tambahan Pada Bus MCC- WHPB: Saat terjadi arus hubung singkat line-line, ½ cycle, pada bus JWP-DOWNHOLE arus hubung singkat yang dihasilkan adalah 1.193kA. Sedangkan minimal trip LVCB WHPB-5A adalah ka sehingga LVCB WHPB-5A tidak dapat mengamankan arus hubung singkat Penambahan Pengaman Tambahan Pada Bus WHPB- DOWN: Sebagai pengaman saluran WHPB-DOWN-MCC- WHPB, trafo, bus MCC-WHPB dan bus WHPB-DOWN Menurunkan bahaya arc flash Sebagai back up untuk pengaman pada beban

26 REKOMENDASI PENAMBAHAN RELE ARUS LEBIH

27 PLOT REKOMENDASI PENAMBAHAN RELE ARUS LEBIH sec sec

28 BAHAYA ARC FLASH Bahaya yang dihasilkan oleh arc flash dihitung dari besarnya incident energi yang dihasilkan saat gangguan. Untuk menghitung besarnya incident energy digunakan rumus berikut: Pertama kali digunakan log 10 normalized. Persamaan ini berdasarkan data normalized untuk waktu arcing yaitu 0.2 detik dan jarak dari titik arcing ke orang yaitu 610 mm. lg E n = K1 + K lg I a G (1) Selanjutnya. E n = 10 lgen (2) Selanjutnya diconvert dari kondisi normalized E = (3)

29 CONTOH PERHITUNGAN ARC FLASH BUS Isc Bolted ID kv A WHPB-UP WHPB-DOWN MCC-WHPB VSP-DOWNHOLE AC-DOWNHOLE JWP-DOWNHOLE

30 Analisa bahaya arc flash ketika kondisi eksisting KATEGORI > 4 1 Incident Energy = 1.2 cal/cm² Flash Protection Boundary = 3.0 ft >4 Kebanyakan pekerjaan harus dilakukan secara remote atau tidak sama sekali. Incident Energy = 86.6 cal/cm² Flash Protection Boundary = 36.5 ft >4 4 Incident Energy = 148 cal/cm² Flash Protection Boundary = 28.2 ft Incident Energy = 27.9 cal/cm² Flash Protection Boundary = 10.2 ft Tabel NFPA70E tidak menentukan PPE untuk tingkat ini

31 Analisa bahaya arc flash ketika kondisi eksisting ID kv (kv) Ia at FCT (ka) VSP- DOWNHOLE AC- DOWNHOLE Total Energy (cal/cm²) JWP- DOWNHOLE MCC-WHPB WHPB-DOWN WHPB-UP Flash Protection Boundary (ft) Hazard Category Cat 0 Cat 0 Cat 4 > Cat 4 > Cat 4 Cat 1 Terdapat dua bus yang memiliki kategori melebihi batas dari yang diijinkan yaitu bus MCC-WHPB dan WHPB-DOWN. Juga terdapat satu bus yang memiliki kategori 4 yaitu pada bus JWP- DOWNHOLE. Hal ini sangat berbahaya bagi pekerja jika terjadi hubung singkat, jika kategori bahayanya melebihi 4 karena menurut IEEE tahun 2007 tentang Arc Flash Hazard Assessment Requirements menyatakan bahwa Total energy cal/cm2: Most work should be done by remote or not at all. NFPA 70E tables do not address PPE for these levels. Arc Blast can become the major issue here. Suits are designed to take the thermal portion of arcs with <8 ka fault current. >8kA should use extreme caution[7]. Oleh sebab itu sistem harus dikoreksi lagi sehingga hazard category tidak melebihi batas yang diperbolehkan.

32 Analisa bahaya arc flash ketika kondisi resetting KATEGORI 3 0 Blue jeans Incident Energy = 0.52 cal/cm² Flash Protection Boundary = 1.27 ft 3 Incident Energy = cal/cm² Flash Protection Boundary = 8.16 ft Winter jacket 3 4 Incident Energy = cal/cm² Flash Protection Boundary = 7.45 ft Incident Energy = 27.9 cal/cm² Flash Protection Boundary = 10.2 ft FR Shirts face protection hoods

33 Analisa bahaya arc flash ketika kondisi resetting ID kv (kv) Ia at FCT (ka) Total Energy (cal/cm²) VSP- DOWNHOLE AC- DOWNHOLE JWP- DOWNHOLE MCC-WHPB WHPB-DOWN WHPB-UP Flash Protection Boundary (ft) Hazard Category Cat 0 Cat 0 Cat 4 Cat 3 Cat 3 Cat 0 Dari data table resetting koordinasi proteksi diatas, dapat diketahui ada perbaikan dalam bahaya arc flash yang mungkin dialami oleh pekerja. Dari yang sebelumnya terdapat kategori yang melebihi standart menjadi kategori 3. Untuk kategori 3 ini menurut IEEE tahun 2007 tentang Arc Flash Hazard Assessment Requirements menyatakan bahwa cal/cm2: Blue Jeans will ignite and continue to burn, All commercial non-fr winter jacket shells will ignite and continue to burn, Most lightweight FR shirts will prevent burns if a cotton underlayer is worn. Faceshields with balaclava hoods reach their limit based on the faceshield limits.[7].

34 Analisa bahaya arc flash ketika kondisi add protection KATEGORI 2 0 non-fr cotton shirt Incident Energy = cal/cm² Flash Protection Boundary = 1.27 ft 1 Incident Energy = cal/cm² Flash Protection Boundary = 3.87 ft Light weight FR Shirts 2 0 Incident Energy = 4.884cal/cm² Flash Protection Boundary = 3.53 ft Incident Energy = cal/cm² Flash Protection Boundary = 0.95 ft face protection

35 Analisa bahaya arc flash ketika kondisi penambahan rele arus lebih ID kv (kv) Ia at FCT (ka) Total Energy (cal/cm²) VSP- DOWNHOLE AC- DOWNHOLE JWP- DOWNHOLE MCC-WHPB WHPB-DOWN WHPB-UP Flash Protection Boundary (ft) Hazard Category Cat 0 Cat 0 Cat 0 Cat 2 Cat 2 Cat 0 Dari data rekomendasi penambahan rele arus lebih didapatkan hasil kategori bahaya tertinggi turun menjadi kategori 2. Untuk kategori 2 ini menurut IEEE tahun 2007 tentang Arc Flash Hazard Assessment Requirements menyatakan bahwa Total energy 2-6 cal/cm2: Most non-fr cotton shirt materials will ignite and cause life threatening injuries (basically a 50% probability of death if a shirt ignites and burns off of a worker). Light weight FR shirts will prevent most skin burns and will not ignite Additional face protection is required by NFPA 70E based on task. [7].

36 DAFTAR ISI STUDI KASUS SISTEM KELISTRIKAN CONOCOPHILLIPS INDONESIA SIMULASI DAN ANALISA KESIMPULAN

37 KESIMPULAN 1. Berdasarkan hasil simulasi dan analisis pada tugas akhir ini, terdapat beberapa permasalahan setting eksisting sistem pengaman yang menyebabkan pengaman tidak berfungsi sebagaimana fungsinya, oleh karena itu perlu dilakukan resetting untuk memperbaiki kinerja sistem pengaman. 2. Panjang kabel pada sistem ESP menyebabkan arus hubung singkat daerah DOWNHOLE jauh lebih kecil dari daerah WELLHEAD dan menyebabkan LVCB WHPB-5A tidak dapat mengamankan arus hubung singkat minimum pada daerah DOWNHOLE, sehingga direkomendasikan untuk menambahkan pengaman tambahan. 3. Dari analisa arc flash kondisi eksisting, terdapat kategori incident energy yang melebihi standart NFPA 70E sehingga membahayakan pekerja. Setelah dilakukan resetting sistem pengaman, incident energy turun menjadi kategori 3 dan memenuhi standart NFPA 70E. Penambahan pengaman pada sistem menyebabkan incident energy turun menjadi kategori 2 dengan nilai total energi 2-6 cal/cm 2.

38 Demikian Presentasi dari Saya Terima Kasih

39 KE KHASAN ARUS HUBUNG SINGKAT DENGAN PANJANG KABEL 5 M Saat panjang kabel 5 m arus hubung singkat WELLHEAD* dan DOWNHOLE memiliki beda 1.69%. Sehingga tidak perlu rele tambahan untuk mengamankan arus hubung singkat line-line. LVCB WHPB-5A mampu mengamankan hubung singkat dalam waktu detik 6.5 ka 1.69% 6.39 ka

40 KE KHASAN ARUS HUBUNG SINGKAT DENGAN PANJANG KABEL 5 M sec LVCB MAMPU MENGAMANKAN sec sec

41 KE KHASAN ARUS HUBUNG SINGKAT DENGAN PANJANG KABEL 1000 M Saat panjang kabel 1000 m arus hubung singkat WELLHEAD* dan DOWNHOLE memiliki beda 78.70%. Sehingga perlu rele tambahan untuk mengamankan arus hubung singkat line-line ka 78.70% 1.38 ka

42 KE KHASAN ARUS HUBUNG SINGKAT DENGAN PANJANG KABEL 1000 M sec LVCB TIDAK MAMPU MENGAMANKAN BUTUH PENGAMAN TAMBAHAN

43 PENGARUH PANJANG KABEL PADA SISTEM PENGAMAN Arus hubung singkat downhole tidak dapat diamankan oleh LVCB Arus Hubung singkat Wellhead dapat diamankan oleh LVCB Arus hubung singkat downhole Arus hubung singkat wellhead

44 PENGARUH PANJANG KABEL PADA SISTEM PENGAMAN sec

45 Analisa bahaya arc flash ketika kondisi eksisting 4 Incident Energy = 27.9 cal/cm²

46 SIMULASI BAHAYA ARC-FLASH KONDISI PENAMBAHAN PENGAMAN S 2

47 Demikian Presentasi dari Saya Terima Kasih